Condensador C0G (NPO) de alta capacitancia

[EDITAR]: modificó el valor de la frecuencia de corte a 4.8kHz después de leer la respuesta de Andy alias. [EDIT2] Se agregó información sobre los comentarios en la pregunta.

Necesito construir un filtro de paso alto LC que corte a 4,8 kHz con un valor L fijo de 2,5 µH. Este filtro está instalado en un criostato que trabaja a temperaturas criogénicas (4 Kelvin) con el menor ruido electromagnético posible. Estoy trabajando con detectores SQUID, que son magnetómetros superconductores ultrasensibles.

Parámetros del problema:

  • Voltaje nominal: trabajando en el rango µV.
  • Corriente: 1 µA o inferior, CC a 100 kHz
  • Resistencia CC: 0,01 a 0,1 ohmios

Como la frecuencia de corte es 1/(2 Pi sqrt(LC)), eso significa que necesito una capacitancia de 440 µF para que funcione.

La cuestión es que, a temperaturas tan bajas, la mayoría de los dieléctricos pierden su capacitancia. Que yo sepa, el único dieléctrico que permanece perfectamente estable a temperaturas muy bajas es el C0G. PPS también podría ser una opción, aunque no sea perfectamente estable. Este hecho se documenta en este documento .

Busqué en Farnell, Radiospares, etc. y el capacitor C0G más alto que pude encontrar tiene C = 0.47 µF, por lo que necesitaría conectar miles de ellos en paralelo, lo cual no es lo ideal. Si miro los condensadores PPS, el más alto que pude encontrar es 22 µF (ref: KEMET
SMR27.5226M50F13L4TRAY).

Entonces mi pregunta es: ¿sabe si es factible hacer un capacitor C0G de 400 µF (o si no es posible, PPS)? Y si es así, ¿dónde encontrarlo? Entiendo que sería extremadamente grande, pero esto no es un gran problema para mí.

Sé que los filtros de paso alto T o Pi también podrían ser una opción, pero si es posible, me gustaría evitar agregar inductancia adicional a mi sistema por dos razones:

  • Este sistema es una antena magnética extremadamente sensible, agregar inductores requeriría un blindaje magnético cuidadoso.
  • La mayoría de los materiales magnéticos pierden su alta permeabilidad a temperaturas ultrabajas. Estoy seguro de que puedo diseñar algo con un poco de prueba y error, requeriría un poco más de trabajo.
Creo que conseguir un condensador C0G de 400uF personalizado le costará cientos de miles de dólares porque las herramientas no existen. En su lugar, pruebe con condensadores de película, pero creo que puede estar haciendo las cosas de manera incorrecta.
¿Se puede usar SMT en una PCB? ¿Eso sería mucho más fácil que las alternativas con plomo?
¿Hay alguna razón por la que no pueda aumentar el valor de su inductor?
@ThePhoton Claro, pero OP ya lo ha descartado. " Busqué en Farnell, Radiospares, etc. y el capacitor C0G más alto que pude encontrar tiene C = 0.47 µF, por lo que necesitaría conectar cien de ellos en paralelo, lo cual no es lo ideal. " También noté que el El motivo de C0G fue la temperatura. ¿Las tapas de película tampoco funcionan a esa temperatura?
@DKNguyen, está bien, es justo. Pero incluso algunos de los capacitores de alto valor que puede comprar en el mercado se fabrican ensamblando varios de menor valor en paralelo.
PPS parece bastante bueno según su artículo y ciertamente está disponible en 400uF. Sin embargo, me imagino que cualquier condensador que compre tendrá que probarse para ver si funcionará de acuerdo con el documento, ya que las tapas comerciales no están clasificadas para temperaturas criogénicas y solo porque un dieléctrico es C0G no significa que en realidad sea el mismo. dieléctrico. Solo tiene que coincidir con las características de C0G (o X7R, etc.). También puede compensar con una mayor capacitancia a esa temperatura, ¿no?
¿Qué voltaje nominal debe tener el capacitor?
@DKNguyen tienes razón sobre PPS, hice una búsqueda rápida pero no pude encontrar ninguno por encima de 20 µF. Voy a mirar de nuevo.
@ user4574 las tensiones con las que estoy trabajando están en el rango de µV.
Retiré la última enmienda porque hace que mi respuesta parezca estúpida. Si desea hacer esto, entonces, una vez que ya haya proporcionado una respuesta, debe obtener el acuerdo de los que respondieron y reconocer en la enmienda que la pregunta se ha modificado siguiendo la información proporcionada por mi respuesta. Cualquier cosa menos que esto no es respetuoso.
@Andyaka Lo siento mucho por eso, no quise ser irrespetuoso. ¿Debo editar mi pregunta para reconocer que ha sido modificada dada su respuesta anterior?
Eso sería aceptable.
@Dimitri Encontré fácilmente 400uF (incluso más grande). En Digikey.
"Hasta donde yo sé, el único dieléctrico que permanece estable a temperaturas muy bajas es el C0G". - este documento dice lo contrario indico.fnal.gov/category/1299/attachments/140884/177214/…
¿Qué clasificación de voltaje? ¿Qué corriente conduce? ¿Qué resistencias de pérdida están involucradas (que modifican Q)? ¿A qué factor Q se está ejecutando? Tienes que ser más claro con estas cosas. ¿Cuál es el capacitor real de 0.47 uF que encontró? Por favor, enlace a la hoja de datos o al sitio de compra reconocido @Dimitri también, ¿por qué el inductor no puede ser más grande?

Respuestas (2)

así que necesitaría conectar cien de ellos en paralelo, lo cual no es lo ideal.

Cablearlos a mano no es ideal. Pero no es un gran problema para una máquina SMT. Hay muchos lugares que fabricarán una placa de 1 o 2 capas y usarán sus máquinas SMT para colocar cientos de la misma pieza en la placa por muy poco dinero.

Simplemente haciendo una búsqueda rápida en algunos sitios web de proveedores para encontrar el capacitor NP0 más barato en cada tamaño, se obtienen los siguientes resultados.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Usar algún software gratuito como KI-CAD para hacer un diseño de PCB y luego enviarlo a un proveedor de placas para que coloquen capacitores de montaje en superficie de 468 x 0.94uF no parece poco práctico. Puede pagar algo así como $ 1775 por las piezas, y probablemente menos de $ 100 por la placa de circuito impreso (a menos que necesite un grado especial de material o algo así).

Pero, ¿sobrevivirá la placa a 4K?
No estoy seguro de si esto se mantendrá a temperaturas criogénicas, pero de hecho es una muy buena solución.
@Dimitri Obviamente, sería necesario investigar un poco para descubrir qué materiales de PCB (si los hay) comúnmente disponibles podrían sobrevivir al frío. Es posible que solo tenga que probar algunos y escribir un artículo sobre ellos (después de todo, ya tiene el criostato).
La supervivencia de @Dimitri en 4K debería estar bien. El problema es el ciclismo (y todo se vuelve quebradizo cuando hace frío). La mayoría de los materiales han hecho la mayor parte de su contracción en 77K y el nitrógeno líquido es mucho más fácil de obtener que le sugiero que lo use para la prueba inicial. He hecho esto con objetivos de microscopio y circuitos LED (observa el cambio de color).

Necesito construir un filtro de paso alto LC que cortes a 30 kHz con un valor L fijo de 2,5 µH. Como la frecuencia de corte es 1/sqrt(LC), eso significa que necesito una capacitancia de 440 µF para que funcione.

F C = 1 2 π L C = 1 2 π ×  2,5 µH x 440 µF  =  4,8kHz

Eso debería hacer la vida más fácil y tenga en cuenta que hacer preguntas sobre recomendaciones de productos está fuera de tema en este sitio (en caso de que lo esté).

Te olvidaste del bit 2π

Está buscando 11,26 μF y no 440 μF: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Imagen de mi sitio web de mierda Calculadora RLC de paso alto . No necesitas ir allí. Agregué un enlace porque las reglas del sitio dicen que debo hacerlo o las modificaciones correrán por mi cuenta.

Busqué en Farnell, Radiospares, etc. y el capacitor C0G más alto que pude encontrar tiene C = 0.47 µF, por lo que necesitaría conectar cien de ellos en paralelo, lo cual no es lo ideal.

100 x 0,47 µF = 47 µF y no 440 µF

Entonces mi pregunta es: ¿sabe si es factible hacer un capacitor C0G de 400 µF? Y si es así, ¿dónde encontrarlo? Entiendo que sería extremadamente grande, pero esto no es un gran problema para mí.

Mi papá siempre me decía esto: "mide dos veces y corta una"

Era carpintero/carpintero.

'400 x 0.47uF = 47uF...' no según mi calculadora ;-)
@NMF + Andy He corregido el error tipográfico allí (el texto decía cien, la ecuación tenía 400), espero que no te importe.
¿Ves cómo los errores matemáticos tienden a convertirse en una bola de nieve? ;-) Analogía adecuada para 4K
Me refiero a un filtro que corta todos los omega por debajo de 30kHz, no f. Perdón por eso, debería haberlo dejado más claro.
Entonces solo se necesitan 24 tapas de 0.47uF. Según la siguiente respuesta, aproximadamente 50 dólares, eso es barato en comparación con 4K, todavía no entiendo por qué es necesario.
@Dimitri una vez que aparece una respuesta que lo lleva a reconocer que su pregunta fue defectuosa, no puede simplemente actualizar la pregunta sin tener mucho más cuidado con los cambios que aplicó recientemente. Regresé su pregunta a la revisión anterior, así que tome nota de lo que debe hacer y lea lo que dije en un comentario debajo de su pregunta.
Condensador C0G (NPO) de alta capacitancia
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